Übersicht abgeschlossener Forschungsprojekte

I

Forschungsgegenstand sind automatisierte, unstetige, flurgebundene Transportsysteme im Rahmen der Intralogistik. In der Regel handelt es sich dabei um fahrerlose Transportsysteme (FTS). Fortschritte im Bereich der Automatisierungstechnik haben in den vergangenen Jahren zu einer wesentlichen Weiterentwicklung dieser Systeme geführt. Hierzu zählen die Navigation ohne physische Leitlinien oder die Integration von Roboterarmen für das Handling von Ladungsträgern.

Diese Fortschritte haben dazu beigetragen, dass FTS deutlich flexibler eingesetzt und auch in kleinen Fahrzeugflotten wirtschaftlich betrieben werden können. Niedrige Anschaffungskosten und die dadurch niedrigen Amortisationszeiten von häufig etwa 2 Jahren machen die Anschaffung insbesondere für kmU zunehmend attraktiv. Trotz sinkender Hardwarekosten ist es nach wie vor relevant, die Fahrzeuganzahl in FTS gering zu halten. Auf diese Weise können negative Fahrzeuginteraktionen wie Staus oder gegenseitige Behinderungen reduziert werden. Ein neuartiger Steuerungsansatz, der den dynamischen Austausch von Ladungsträgern zwischen den Fahrzeugen eines FTS vorsieht, ermöglicht die Verkleinerung von Fahrzeugflotten, ohne deren Leistungsfähigkeit zu beeinträchtigen. Bisherige Ergebnisse zeigen, dass der Ansatz auch für kleine Fahrzeugflotten zu einer erheblichen Leistungssteigerung führen kann. Das Ziel des Forschungsvorhabens liegt in der Analyse des Einflusses dynamischer Transferpunkte in Abhängigkeit der Charakteristik des Transportsystems bzw. des Materialflusses. Die Ergebnisse sollen in einem Planungstool zusammengeführt werden.

KmU profitieren von dem Forschungsprojekt sowohl als Anwender als auch als Anbieter von FTS-Komponenten und -Gesamtsystemen. Da die Entwicklung und Analyse neuer Steuerungsansätze aufwendig sind, fehlen kmU für derartige Projekte häufig die Ressourcen. Das Forschungsprojekt schafft die notwendigen Grundlagen und hilft damit, die Wettbewerbsfähigkeit der kmU zu erhöhen.

Schlussbericht:

21269_BR_Schlussbericht.pdf

Die Anforderungen an viele Produktions- und Logistikprozesse haben sich in den vergangenen Jahren grundlegend gewandelt. Produktionszyklen verkürzen sich stetig, während die Produktvielfalt steigt und Losgrößen sinken. Gleichzeitig nehmen die Erwartungen hinsichtlich Fertigungsdauer und Lieferzeit, bis hin zur 24h-Lieferung zu. KMUs müssen sich in diesem Umfeld zunehmend international behaupten und unterliegen einem wachsenden Effizienz- und Kostendruck. Um auf diese neuen Herausforderungen reagieren zu können wird von vielen intralogistischen Systemen ein deutlich höheres Maß an Flexibilität und Wandlungsfähigkeit eingefordert. In vielen Fällen können Flexibilität und Wandlungsfähigkeit durch den Einsatz modularer Fördertechnik deutlich verbessert werden. Durch eine individuelle Anordnung und Ausrichtung von Modulen kann das Fördersystem stets auf den Einzelfall angepasst werden. Vorangegangene Projekte zur Entwicklung einer dezentral gesteuerten, modularen Fördermatrix haben gezeigt wie sich in einer solchen unterschiedliche intralogistische Funktionen realisieren lassen. Trotz potentieller Vorteile hinsichtlich Flexibilität, Automatisierungsrad, Raumnutzung und sich daraus ergebenen Einspaarpotentialen kommt modulare Fördertechnik in KMUs gegenwärtig kaum zur Anwendung. Ursächlich dafür ist unter anderem die höhere Komplexität, welche sowohl die Bewertung als auch die Auslegung modularer Förderanlagenlayouts erschwert. Um diese Hemmnisse zu senken und KMU einen besseren Zugang zu modularer Fördertechnik zu ermöglichen sollen im Rahmen dieses Forschungsvorhabens geeignete Werkzeuge zur Bewertung und Optimierung von Layouts entwickelt und bereitgestellt werden.

Hier  kann der Software-Demonstrator heruntergeladen werden.

Schlussbericht:

Schlussbericht_OptiLay_21141N.pdf

Aufgrund des stetig wachsenden globalen Wettbewerbs ist es für Unternehmen wichtig, die eigenen Prozesse zu stabilisieren und aus den vorhandenen Ressourcen die bestmögliche Produktivität zu erzielen. Die Produktion sollte dementsprechend gestaltet werden, sodass der Anteil an wertschöpfenden Tätigkeiten der Mitarbeiter maximiert wird. Laut einer Studie haben gewerblich operativ arbeitende Mitarbeiter einen nicht wertschöpfenden Zeitanteil von 40 %. In dieser Zeit sind die Mitarbeiter bspw. damit beschäftigt, sich abzustimmen oder Informationen zu beschaffen. Die Schaffung einer Basis für verlustfreies Arbeiten ist somit eines der Haupthandlungsfelder der PPS. Dabei spielt die Arbeitsplangestaltung eine wichtige Rolle. Ein detaillierter Arbeitsplan ist mit einem hohen Aufwand in der Arbeitsvorbereitung (AV) verbunden, bringt hingegen in der Ausführung einen Vorteil mit sich, da die Informationssuche reduziert werden kann. Die Arbeitshypothese besteht in der Annahme, dass der summarische Aufwand und die damit verbundenen Kosten der Arbeitsplanerstellung einerseits und der Informationssuche der operativen Mitarbeiter andererseits durch die Bestimmung des optimalen Detaillierungsgrads (DG) von Arbeitsplänen reduziert werden kann. Als Folge können KMU ihre Produktivität erhöhen. Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die Entwicklung einer Methode zur quantitativen Bestimmung des optimalen DG unter Berücksichtigung des entstehenden Aufwands der operativen und administrativ operativen Mitarbeiter. Mittels des zu entwickelnden Modells zur Bestimmung des optimalen DG der Arbeitspläne und dessen Implementierung in einen Softwaredemonstrator sollen KMU befähigt werden, selbstständig ihren optimalen DG der Arbeitspläne bereichsspezifisch bestimmen zu können.

Schlussbericht:

OptiPlan_Schlussbericht.pdf

Die Überwachung von Materialflüssen sorgt für hohe Kosten in (intra-)logistischen Prozessketten. Im Forschungsvorhaben SmaRackT soll ein Verfahren zur Identifikation und Quantifizierung ungetaggter Materialflüsse entwickelt werden. Dafür werden induktive Nahfeldortung und Objekterkennungsverfahren kombiniert. Die Identifikation von markerlosen Gütern und ihrem Bestand bildet die technologische Grundlage für das automatisierte Auslösen von Quittierungen bei Ein- und Auslagerungsprozessen sowie das Auslösen von Nachbestellprozessen und zahlreichen weiteren Prozessverbesserungen. Im Vorhaben entwickeln TU München und Fraunhofer IIS gemeinsam iterativ einen Demonstrator, welcher zunächst in Laborversuchen und anschließend in Feldtests bei Praxispartnern evaluiert wird. KMU profitieren von den Ergebnissen durch die Potenziale einer Verwertung der Gesamtkomponenten: Systemintegratoren können perspektivisch mit dem SmaRackT-System in die Lage versetzt werden, ein äußerst konkurrenzfähiges Produkt anbieten zu können. Durch die niedrigen Systemkosten besitzt das SmaRackT-System mittelfristig ebenfalls Einsatzpotenziale bei KMU und soll dort dazu beitragen Materialflüsse digital und kostengünstig zu erfassen.

Schlussbericht:

Schlussbericht_Sachbericht_SmaRackT_IGF-Nr_21159N.pdf

Ziel des Forschungsvorhabens „Tauschbörse für Zeitfenster“ ist die Untersuchung der flexibilisierten Vergabe von Zeitfenstern durch die Implementierung von Tauschmechanismen aus einer akteursübergreifenden und systemübergreifenden Perspektive. Bei Zeitfenstern handelt es sich um feste Zeitspannen für die Be- bzw. Entladung von LKW an Laderampen von Industrie- und Handelsunternehmen (Verlader). Die Buchung von Zeitfenstern erfolgt gegen Entrichtung einer Buchungsgebühr durch Spediteure auf Online Plattformen, sogenannten webbasierten Zeitfenstermanagementsystemen (ZMS). Die Vergabe von Zeitfenstern wird in ZMS nach dem „First Come - First Serve“ (FCFS)-Prinzip gesteuert. Dies ist aus der Sicht von Speditionsunternehmen, insbesondere von kleinen und mittleren Speditionen (KMU-Speditionen), problematisch, da nutzenbringende Zeitfenster zum Buchungszeitpunkt häufig nicht mehr zur Verfügung stehen. Die zwangsläufige Buchung ungünstiger Zeitfenster führt zu Ineffizienzen bei der Tourenplanung. Tauschmechanismen für gebuchte Zeitfenster ermöglichen eine nachträgliche Zuteilung nutzenbringenderer Zeitfenster und steigern die Flexibilität bei der Tourenplanung. Eine Tauschbörse führt zu einem neuen Vergabeverfahren durch eine nachträgliche Optimierung des FCFS-Prinzips. Eine vollständige Auflösung des FCFS-Prinzips ist nicht realisierbar, da hierfür der Nutzen eines Zeitfensters im Voraus vollständig bekannt sein müsste. Diese Voraussetzung ist durch die Abhängigkeit des Nutzens von weiteren Zeitfenstern der Tour, die ggf. auf anderen Plattformen gebucht werden, nicht gegeben. Angestrebtes Ergebnis des Vorhabens ist ein webbasiertes Tool, welches die Funktionsweise von Tauschmechanismen demonstriert, und ein Leitfaden mit akteursspezifischen Handlungsempfehlungen. Als innovative Transfermaßnahme wird ein Lernspiel („Serious Game“) entwickelt. Insgesamt soll das Vorhaben zu einer Standardisierung von Tauschmechanismen beitragen.

Schlussbericht:

Schlussbericht_20996_N.pdf

Manufacturing Execution Systeme (MES) sind grundlegend für eine geregelte Produktionsplanung und -steuerung (PPS). Weiterhin dienen die Daten eines MES (bspw. Rückmeldedaten zu Aufträgen) als Grundlage für Big Data-Anwendungen, um Optimierungspotentiale aufdecken zu können. Auch die Einbindung von Industrie 4.0-Technologien wie interaktive Assistenzsysteme (bspw. Datenbrillen) oder cyberphysischen Systemen in produzierende Unternehmen setzt eine geeignete IT-Infrastruktur wie MES voraus. Laut einer in 2016 durchgeführten Kompetenzentwicklungsstudie Industrie 4.0 verwenden lediglich 15,6 % der befragten KMU ein MES. Neben der Kosten-Nutzenbewertung werden als wichtigste Hemmnisse hierfür Schwierigkeiten bei der Schaffung der Voraussetzungen für die Einführung sowie der Integration von MES in die bestehende IT-Infrastruktur genannt. Auch die Schaffung der Akzeptanz der Anwender im eigenen Unternehmen wird als sehr problematisch angesehen. Die Arbeitshypothese des Forschungsvorhabens besteht in der Annahme, dass die systematische Vorbereitung der Einführung von MES über Reifegradmodelle die Einführungszeit verkürzt und die Ergebnisqualität deutlich erhöht. Als Folge können KMU erfolgreicher MES einführen und dadurch von den Vorteilen wie einer effizienteren PPS sowie einer besseren Rückverfolgbarkeit profitieren. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines Reifegradmodells zur Bestimmung und Verbesserung der MES-Readiness von KMU. Mittels des zu entwickelnden Reifegradmodells sollen KMU Transparenz darüber erlangen, in welchen Bereichen ihres Unternehmens Handlungsbedarf im Hinblick auf vorbereitende Tätigkeiten für die Einführung eines MES besteht. Nachdem die KMU Kenntnis über die notwendigen Anforderungen für den Einsatz eines MES haben, sollen konkrete Maßnahmen für das Erreichen der notwendigen Reifegradstufen zur Verfügung gestellt werden. Zuletzt soll ein Instrument zur Planung und Überwachung der Umsetzung der Maßnahmen bereitgestellt werden.

Schlussbericht:

Schlussbericht_MES-Ready_20742N_20230209.pdf

Im Kontext der Planung neuer oder der Restrukturierung bestehender Fabriken gelangen Unternehmen zwangsläufig an den Punkt, wo es um die Realisierung der geplanten Fabrikstruktur in Form eines Soll-Layouts geht. In dieser Phase steht maßgeblich der Umzug von Fabrikobjekten wie beispielsweise Maschinen und Arbeitsplätzen im Fokus, welcher sich insbesondere aufgrund der räumlichen Dimensionen und zeitlichen Abfolgen als komplex und aufwendig charakterisieren lässt.

In wie vielen Teilschritten kann der Umzug realisiert werden? Ist mit einer Unterbrechung der Produktion zu rechnen? Muss externes Know-How für die Realisierung des Umzugs hinzuzugezogen werden? Die Klärung dieser Fragen setzt eine detaillierte zeitliche und räumliche Planung der einzelnen Umzugsschritte voraus. Eine methodische Unterstützung dieser Planungsaufgabe existiert allerdings bisher nicht.

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines Vorgehens zur methodischen Gestaltung eines optimalen Umzugsplans im Hinblick auf relevante Zielkriterien – zum Beispiel niedrige Ausfallkosten und niedrige Realisierungszeit – unter Berücksichtigung zeitlicher und räumlicher Restriktionen.

Mithilfe dieser Methode sollen Unternehmen in die Lage versetzt werden, eine geeignete Umzugsstrategie auszuwählen sowie die Anzahl und zeitliche Abfolge der Umzugsschritte festzulegen. Eine effizientere Umsetzung geplanter Layout-Konzepte stellt den zentralen Mehrwert für Unternehmen dar.

Schlussbericht:

21514N_OptiFaU_Schlussbericht_20230628.pdf

Der Technologie Blockchain wird im Kontext von Logistik und SCM sehr großes Potenzial für Prozessverbesserungen zugesprochen, die in Kostensenkungen und Steigerungen des Kundennutzens resultieren sollen. Dies liegt vor allem in ihren Eigenschaften begründet, denn sie ist dezentral organisiert, die Datensätze sind verifiziert und damit auditierbar und nicht zuletzt ist sie aufgrund kryptographischer Verfahren manipulationssicher. Zahlreiche Pilotprojekte großer Marktteilnehmer illustrieren die Bandbreite und mögliche Trageweite von Blockchain-Anwendungen in Logistik und SCM. Wofür konkret und vor allem wie Blockchain durch KMU skalierbar angewendet werden kann, ist jedoch nicht ohne weiteres zu identifizieren. Nicht jede denkbare Blockchain-Anwendung ist tatsächlich auch die beste technische Lösung. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird ein Vorgehen entwickelt, welches diese Entscheidung aus der Perspektive eines KMU greifbar macht und mit dessen Hilfe Anwendungspotenziale unternehmensindividuell identifiziert werden können. Ideen können hinsichtlich ihrer technischen und organisatorischen Anforderungen bewertet und mit alternativen Lösungsansätzen verglichen werden. Darüber hinaus wird eine Datenbank zur Sammlung und Charakterisierung bekannter Anwendungsfälle entwickelt und in das Vorgehen integriert. Alle konzeptionellen Aktivitäten des Forschungsvorhabens fußen dabei auf einer fundierten empirischen Grundlage - einer qualitativen Interviewstudie und einer nachfolgenden quantitativen Studie. KMU sollen durch das Vorgehen in die Lage versetzt werden, sich ressourcenschonend mit der Technologie Blockchain vertraut zu machen und die Auswirkungen auf das eigene Geschäft besser einschätzen zu können. Durch die Identifikation von Blockchain-basierten Möglichkeiten zur Verbesserung der Dienstleistungen oder zur Diversifizierung des Angebots soll letztlich die Wettbewerbsfähigkeit gegenüber Konzernen und Startups auch im internationalen Kontext gestärkt werden.

Schlussbericht:

Abschlussbericht_ChainLog_20951N_21062022_update.pdf

In der Automobilzulieferindustrie sowie im Maschinen- und Anlagenbau erbringen KMU einen Großteil der Gesamtwertschöpfung. Sie agieren in global verteilten Wertschöpfungsnetzwerken (WSNs) und sehen sich mit hohen Anforderungen hinsichtlich ihres Lieferservices konfrontiert. Auf operativer Planungsebene haben Störungen Auftragsänderungen, Qualitätsprobleme und technische Änderungen zur Folge. Sie beeinflussen die Leistungsfähigkeit der WSNs negativ. Die fortschreitende Digitalisierung ermöglicht einen verstärkten Informationsaustausch. Unternehmen erhoffen sich eine schnellere Identifikation und bessere Reaktion auf Störungen im WSN. Gleichzeitig halten sie Risiken wie ein befürchtetes ungünstiges Nutzen-Aufwand-Verhältnis und Bedenken hinsichtlich der Informationssicherheit von einer Transparenzsteigerung ab. Ziel des Vorhabens „TransNet“ ist die Transparenzsteigerung globaler WSNs. Das Störungsmanagement soll durch verstärkten Informationsaustausch verbessert werden. Zuerst wird ein Kennzahlensystem zur Bewertung des Auftretens von Störungen sowie ein Reifegradmodell zur Charakterisierung des Informationsaustauschs entwickelt. Anschließend folgt die Ermittlung von Wirkzusammenhängen zwischen dem Auftreten von Störungen, dem Informationsaustausch und der Leistungsfähigkeit von WSNs. Nach Festlegung eines Zielzustands für den Informationsaustausch werden Digitalisierungsmaßnahmen verglichen und ihre Umsetzung zur Transparenzsteigerung im WSN empfohlen. KMU der Automobilzulieferindustrie sowie des Maschinen- und Anlagenbaus können mit den Ergebnissen des Vorhabens die Leistung ihrer WSNs in den drei Bereichen Auftragsmanagement (bsp. Service-Level), Qualitätsproblembehebung (bsp. PPM) und technisches Änderungsmanagement verbessern. Sie werden in der zielgerichteten Auswahl von Digitalisierungstechnologien für die horizontale Vernetzung von WSNs unterstützt.

Schlussbericht:

Schlussbericht_AiF_TransNet_final.pdf

Forschungsziel: Für die mittelständisch geprägte Kleinserienfertigung sind aufwandsarme Produktivitätsanalysen von hoher Bedeutung, um Mitarbeiter- und Maschinenproduktivität aufeinander abgestimmt zu verbessern. Exemplarische Anwendungsfälle von Maschinenbedienung sind die Bedienung von Werkzeugmaschinen oder teilautomatisierte Kommissionierprozesse. Ziel des Forschungsprojekts „Protrack II“ ist, eine kombinierte sensor- und trackinggestützte Produktivitätsanalyse zu entwickeln. Mitarbeiter- und Maschinenzustände sollen zeitgleich erfasst, erkannt und inklusive ihrer Wechselwirkungen analysiert werden können. Lösungsweg: Auf Grundlage von generischen Arbeitsabläufen ist eine abgestimmte Zustandshierarchie zu entwickeln. Aus dieser kann der Datenbedarf abgeleitet werden, der wiederum bestimmt, welche Sensoren sich eignen, um die Daten zu erfassen. Für die Datenerfassung soll z. T. auf Ergebnisse des AIF-geförderten Forschungsprojekts ProTrack zurückgegriffen werden. Eine Evaluation bei Mitgliedern des PA soll die Eignung des entwickelten Systems nachweisen. Im Forschungsprojekt werden folgende Ergebnisse angestrebt: - Zustandshierarchie für Mitarbeiter und Maschine - Logik zur Zustandserkennung - Verfahren zur automatischen Erkennung und Analyse von Mitarbeiter- und Maschinenzuständen aus Tracking- und Sensordaten - Abhängigkeiten zwischen Arbeits- und Maschinenproduktivität - Software-Demonstrator - Validierung am Praxisbeispiel - Anwendungsleitfaden Das Vorhaben soll es KMU ermöglichen, die Mitarbeiter- und Maschinenproduktivität umfassend, detailliert und kostengünstig zu erfassen und zu analysieren, um so Produktivitätspotenziale schnell und zuverlässig erkennen und erschließen zu können. Dadurch sinken die Kosten und erhöht sich die effektiv nutzbare Produktionskapazität. Produktitivätspotentiale von bis zu 25 % sind realistisch. Die entwickelten Methoden zielen dabei auf anlassbezogene, gezielte Analysen der Abläufe ab.

Schlussbericht:

Schlussbericht_ProTrack2_.pdf